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計量泵流量調節與控制

發布時間:2017-04-26 16:43:20

      計量泵與普通容積式往復泵的根本區別在于流量調節部分。計量泵在其驅動機構中具有專用的流量調節機構,而往復泵沒有。隨著技術進步和特殊場合的要求,計量泵流量調節的方式也在不斷發展。流量調節方式主要分為以下幾種:

一、手動調節方式

手動調節方式是采用計量泵驅動機構中的機械子系統使泵的沖程長度或有效沖程長度在0~100%范圍內變化,從而達到調節流量的目的。手動調節的方式包括:

1. 可調偏心機構調節

可調偏心機構是通過調節計量泵的調節螺桿,從而改變計量泵偏心機構的偏心距,達到改變計量泵柱塞行程的目的。柱塞行程的改變直接改變了計量泵每個沖程的排量,所以計量泵的輸出流量隨之改變。

此類調節形式是對沖程的峰值流量進行調節,隨著計量泵輸出流量的改變,流量脈動對管路系統的沖擊和影響也會隨之改變??勺兤恼{節機構是計量泵中被普遍采用的機構形式,尤其是高負荷,苛刻環境的計量泵絕大部分采用此調節形式,只有極少品牌采用曲柄連桿調節機構。

2. 有效沖程長度調節

有效沖程調節又被稱為液壓旁路調節。有效沖程長度調節與可調偏心結構調節有所不同。有效沖程調節結構不是直接改變計量泵的沖程長度,在整個調節過程中,計量泵柱塞運動的沖程長度沒有直接變化。有效沖程長度調節是利用液壓旁路的開與關,改變柱塞實際驅動隔膜的沖程長度,也就是改變了柱塞驅動做功的有效長度。通過改變柱塞的有效沖程,從而改變每個沖程的排量,最終改變計量泵的輸出流量。 

由于有效沖程調節不是直接改變柱塞的沖程長度,所以流量曲線的峰值不會隨有效沖程改變而改變。有效沖程調節只用于液壓隔膜計量泵,是一種機構簡單,調節有效穩定的機構,基本用于中低負荷計量泵的調節機構。有效沖程調節方式已經在API675第三版中被列為計量泵沖程調節方式之一。

3. 機械“放過”式調節

機械放過式調節的英文名稱是LOST MOTION。它采用機械限位的方式,人為地使機械驅動機構與液力端柱塞脫離,從而改變柱塞的運動沖程長度,達到改變計量泵輸出流量的目的。

機械放過式調節不適合應用于高負荷的應用工況,普遍應用于低負荷的機械隔膜計量泵。此類調節機構的工作噪音很響,且穩定性精度較低,長期工作的穩定性也較差。

二、自動流量調節方式

為了適應自動調節的要求,可以在計量泵相應的機構上增加自動調節機構,接受外部控制信號,實現根據外部信號自動改變計量泵的輸出流量。自動流量調節方式包括以下幾種:

1. 變頻調節流量方式

變頻調節方式是利用交流變頻器可以根據外部信號改變電源頻率的特點,從而改變計量泵的電機轉速。電機轉速的變化可以改變計量泵的沖程速度,也改變了計量泵的排出頻率,達到調節計量泵輸出流量的目的。

在變頻流量調節系統中的變頻器信號會來自檢測儀表或者上位機的輸出信號。變頻器的輸出電源直接接入計量泵的電機。通常用于變頻控制的電機有兩種選擇:
1)專用變頻電機:可以在一定頻率范圍內實現恒扭矩輸出。恒扭矩的頻率范圍取決于電機的調節比,調節比為10:1,表示在5~50Hz范圍。大部分專用電機均為強制風冷電機,保證電機冷卻風量不變,避免低頻率工作時出現散熱問題。
2)普通恒速電機:此類電機在頻率降低過程中電機的輸出扭矩會隨之降低,所以在過低頻率下工作時可能會出現過載損壞。通常會采用放大電機功率來適應低頻工作的要求,但是由于普通電機是同軸風扇散熱,所以在低頻工作時,電機的通風量會降低,導致散熱不足,長期工作會對電機內部絕緣造成損壞。為此,對于普通電機用于變頻控制,通常會建議頻率不要低于20~25Hz。

變頻調節流量通過改變沖程速度實現的,所以改變的也是流量脈動的頻率。變頻調節流量的方式是一種低成本高性價比的控制方式,廣泛應用于各種行業與應用,并取得各行各業的用戶認可。

2. 電動調節沖程方式

電動調節沖程方式是采用電動伺服機構替代手動調節結構,根據外部信號改變計量泵沖程長度,從而實現調節計量泵輸出流量的目的。

電動沖程調節器由三個部分組成:
1)供電電源回路和控制回路:供電電源回路是為整個電動沖程調節器提供電源供電,包括電路供電和驅動機構供電;控制回路是接受外部信號后,將此電流信號轉化成電壓控制信號;
2)驅動機構:驅動機構接受到電源供電后開始驅動計量泵的沖程調節機構;
3)反饋機構:在驅動機構工作的同時,也會通過反饋機構建立反饋電壓,并與控制電壓進行比較,并及時停止驅動機構的工作。

                                           

電動沖程調節器接受4-20mA模擬信號和220V單相電源或380V三相電源。在接線過程中必須注意信號電纜與電源電纜的分開,電纜必須采用屏蔽電纜,尤其是信號電纜。電源接地與信號接地必須分開,并且信號電纜是一端接地。這樣才能較好的避免外界干擾對電動沖程調節器的影響。電動沖程調節器可以對計量泵沖程進行0~100%范圍的調節,但是相比較變頻調節流量方式,電動沖程調節器的成本較高,尤其對于防爆區域的應用,設備價格更高。對于高載荷設備,電動沖程調節器的外形尺寸較大,滿量程調節時間較長。所以,需要根據工藝條件的要求進行正確選用。

3. 氣動調節沖程方式

氣動調節沖程方式是采用氣動伺服機構替代手動調節機構,根據外部信號改變計量泵沖程長度,從而實現調節計量泵輸出流量的目的。氣動沖程調節器基本全部用于防爆應用場合。

氣動沖程調節器由四個部分組成:
1)電-氣轉換器:將上位機發出的電信號轉換成氣壓信號;
2)定位器:通過輸入的氣壓信號控制氣動滑閥,并用輸入的動力氣源推動驅動活塞;
3)驅動活塞與沖程滑桿機構:依賴動力氣源推動驅動活塞和滑桿改變沖程長度;
4)反饋機構:隨驅動機構的位置變化,反饋機構產生的壓力與驅動氣壓達到平衡。

小負荷氣動沖程調節器的結構比較簡單,動力氣源的壓力可以直接驅動活塞機構,但是大負荷氣動沖程調節器需要較大的驅動力,所以結構也相應復雜,一般是氣動與液壓相結合的機構。氣動沖程調節器的響應速度較慢,因為快速響應會導致氣動機構在定位過程中產生振蕩。隨著防爆電動沖程調節器的發展,氣動沖程調節器的應用已經逐漸萎縮。

流量調節機構是計量泵與其他往復式容積泵的主要區別之一。流量調節機構的調節比直接決定了計量泵獲得三大精度的范圍。如何既有好的精度又能獲得好的性價比的流量調節方式,每個計量泵應用專家都有自己的判斷標準。

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